国家开放大学石油和化工学院
2025春季学期期末考试试卷
入学批次： 专业名称：
课程名称： 化工节能 考核形式： 开卷
| 题号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 总分 |
| 标准分 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 100 |
| 得 分 | ||||||
| 教师阅分 |
题1（焓变与熵变的计算）
采用PR状态方程计算从=0.1013MPa，=0℃压缩到=20.26MPa，=200℃时1mol的焓变。已知在p=0.1013MPa时的的数据如下：
| t/℃ | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 |
| /() | 2.151 | 2.351 | 2.548 | 2.732 | 2.900 |
甲烷的临界参数为：， ，。设计的计算框图题1所示。
题2（热力学第一定律的核算）
有一水平铺设的热交换器，其进、出口的截面积相等，空气进入时的温度、压力和流速分别为303K，0.103MPa和10，离开时的温度和压力为403K和0.102MPa。试计算当空气质量流量为80时从热交换器吸收多少热量？若热交换器为垂直安装，高6m，空气自下而上流动，则空气离开热交换器时吸收的热量为多少？已知：空气的恒压平均比热容为1.005。
题3（热力学第二定律的计算）
在某一低温装置中将空气自600kPa和27℃恒压预冷至-100℃，试求1kg空气所获冷量的有效能和无效能。已知空气的平均恒压比热容为1.0。设环境大气的温度为27℃。
题4（制热循环-Rankine循环的计算）
计算Rankine蒸汽动力循环的热机效率。进入透平的饱和水蒸气为2MPa；离开透平的乏汽压力为10kPa。
在Rankine循环中，以表示输送水泵的功率，以表示乏汽排放到冷却水中的热量。本题中忽略透平中蒸汽具有的位能和动能的影响。该题的T-S图如图题4图所示。
并已知：、、、。
题5（蒸汽制冷循环循环的计算）
制冷装置采用冷却水冷却，冷却水的流量为6200，冷却水进口及出口的温度分别为15℃及32℃，驱动压缩机消耗的功率为12kW，假定压缩机作可逆绝热压缩，试计算：(1)该制冷剂的制冷量(以表示)；(2)制冷系数。
国家开放大学石油和化工学院
2024年秋季学期期末考试试题纸
入学批次： 专业名称：
课程名称： 化工节能 考核形式： 开 卷
| 题号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 总分 |
| 标准分 | 100 | |||||
| 得 分 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 100 |
| 教师阅分 |
### 题目一：焓变与熵变的计算
**已知条件**：
* 1mol CH4
* 初始状态：1p = 0.1013MPa，1t = 0℃
* 最终状态：2p = 20.26MPa，2t = 200℃
* 甲烷临界参数：Tc = 190.58K，pc = 4.604MPa，ω = 0.011
* CH4 在 p = 0.1013MPa 时的 pc 数据：见题目表格
**计算步骤**：
- **判断流体状态**：
* 计算初始和最终状态的对比压 (Pr) 和对比温度 (Tr)：
* Pr = p / pc
* Tr = T / Tc
* 判断初始和最终状态是否处于超临界区或亚临界区。
- **选择计算方法**：
* 若处于超临界区，使用 PR 状态方程计算焓变 (ΔH)。
* 若处于亚临界区，分别计算液相和气相的焓变，再进行混合。
- **计算焓变**：
* 根据选择的计算方法，计算 ΔH。
**计算框图**：
“`
+———————+
| 输入 |
+———————+
| 初始状态： p1, T1 |
| 最终状态： p2, T2 |
| CH4 临界参数： Tc, pc, ω |
| pc 数据： 表格 |
+———————+
|
V
+———————+
| 判断流体状态 |
+———————+
| 超临界/亚临界？ |
+———————+
|
V
+———————+
| 选择计算方法 |
+———————+
| 超临界/亚临界？ |
+———————+
|
V
+———————+
| 计算焓变 ΔH |
+———————+
|
V
+———————+
| 输出 |
+———————+
| ΔH (kJ/mol) |
+———————+
“`
### 题目二：热力学第一定律的核算
**已知条件**：
* 水平铺设的热交换器
* 空气流量：80 kg/h
* 空气进/出口状态：303K, 0.103MPa, 10 m/s 和 403K, 0.102MPa
* 空气恒压平均比热容：1.005 kJ/(kg·K)
**计算步骤**：
- **计算空气进/出口的焓值 (H)**：
* 使用空气的恒压平均比热容和温度计算。
- **计算焓变 (ΔH)**：
* ΔH = H_out – H_in
- **计算吸收的热量 (Q)**：
* Q = ΔH * 空气流量
- **计算垂直安装热交换器时吸收的热量**：
* 考虑重力势能变化，修正焓值计算公式。
### 题目三：热力学第二定律的计算
**已知条件**：
* 空气预冷：600kPa, 27℃ 至 -100℃
* 空气平均恒压比热容：1.01 kJ/(kg·K)
* 环境大气温度：27℃
**计算步骤**：
- **计算空气预冷过程的熵变 (ΔS)**：
* 使用空气的恒压平均比热容和温度变化计算。
- **计算空气的初始和最终状态的有效能 (E)**：
* 使用空气的焓值和熵值计算。
- **计算空气所获冷量的有效能和无效能**：
* 有效能 = ΔE – ΔE_env
* 无效能 = ΔE_env
### 题目四：制热循环-Rankine 循环的计算
**已知条件**：
* Rankine 蒸汽动力循环
* 进入透平的饱和水蒸气：2MPa
* 离开透平的乏汽压力：10kPa
* T-S 图：见题目
* 热力学数据：见题目
**计算步骤**：
- **确定 Rankine 循环的各个状态点**：
* 状态 1：进入透平的饱和水蒸气
* 状态 2：离开透平的乏汽
* 状态 3：进入冷凝器的乏汽
* 状态 4：进入锅炉的饱和水
- **计算循环的各个热力学参数**：
* 焓值 (H), 熵值 (S), 内能 (U) 等
* 使用 T-S 图和热力学数据表
- **计算热机效率 (η)**：
* η = (W_net / Q_in)
- **计算水泵功率 (W_pump) 和乏汽排放热量 (Q_L)**：
* 使用状态点参数计算
### 题目五：蒸汽制冷循环循环的计算
**已知条件**：
* 制冷装置
* 冷却水流量：6200 kg/h
* 冷却水进/出口温度：15℃ 和 32℃
* 压缩机功率：12kW
* 假定压缩机作可逆绝热压缩
**计算步骤**：
- **计算制冷剂的制冷量 (Q)**：
* Q = 冷却水流量 * 冷却水比热容 * (出口温度 – 进口温度)
- **计算制冷系数 (COP)**：
* COP = Q / 压缩机功率
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